Motor Wankel: el dispositivo y el principio de funcionamiento del automóvil RPD

A lo largo de la historia de la industria automotriz, ha habido muchas soluciones avanzadas, los diseños de componentes y ensamblajes han cambiado. Hace más de 30 años, los intentos activos comenzaron a desplazar el motor de pistón hacia un lado, dando la ventaja al motor de pistón rotativo Wankel. Sin embargo, debido a muchas circunstancias, los motores rotativos no recibieron su derecho a la vida. Lea sobre todo esto a continuación.

¿Cómo funciona?

El rotor tiene forma triangular, en cada lado tiene una forma convexa que actúa como un pistón. Cada lado del rotor tiene huecos especiales que proporcionan más espacio para la mezcla de aire y combustible, aumentando así la velocidad de funcionamiento del motor. La parte superior de los bordes está equipada con un pequeño deflector de sellado que facilita la ejecución de cada latido. El rotor está equipado en ambos lados con anillos de sellado que forman la pared de las cámaras. El centro del rotor está equipado con dientes, con la ayuda de los cuales gira el mecanismo.

El principio de funcionamiento del motor Wankel es completamente diferente al clásico, pero están unidos por un solo proceso que consta de 4 tiempos (admisión-compresión-trabajo carrera-escape). El combustible ingresa a la primera cámara formada, se comprime en la segunda, luego el rotor gira y la mezcla comprimida se enciende mediante la bujía, después de que la mezcla de trabajo gira el rotor y sale al colector de escape. El principal principio distintivo es que en un motor de pistón rotativo, la cámara de trabajo no es estática, sino que está formada por el movimiento del rotor.

Dispositivo

Antes de comprender el dispositivo, debe conocer los componentes principales de un motor de pistón rotativo. El motor Wankel consta de:

• carcasa del estator;
• rotor;
• un conjunto de engranajes;
• eje excéntrico;
• bujías (encendido y postcombustión).

Un motor rotativo es una unidad de combustión interna. En este motor, las 4 carreras de trabajo ocurren en su totalidad, sin embargo, para cada fase existe su propia cámara, que está formada por el rotor mediante movimiento rotatorio. 

Cuando se enciende la ignición, el motor de arranque gira el volante y el motor arranca. Al girar, el rotor, a través de la corona de engranajes, transmite el par al eje excéntrico (para un motor de pistón, este es un árbol de levas). 

El resultado del trabajo del motor Wankel debe ser la formación de presión de la mezcla de trabajo, obligando a que los movimientos de rotación del rotor se repitan una y otra vez, transmitiendo par a la transmisión. 

En este motor, cilindros, pistones, cigüeñal con bielas reemplazan toda la carcasa del estator con un rotor. Gracias a esto, el volumen del motor se reduce significativamente, mientras que la potencia es muchas veces mayor que la de un motor clásico con mecanismo de manivela, con el mismo volumen. Este diseño tiene una caja de cambios alta también debido a las bajas pérdidas por fricción.

Por cierto, la velocidad de funcionamiento del motor puede superar las 7000 rpm, mientras que los motores Mazda Wankel (para competiciones deportivas) superan las 10000 rpm. 

diseño

Una de las principales ventajas de esta unidad es su compacidad y menor peso en comparación con los motores clásicos de igual tamaño. El diseño le permite reducir significativamente el centro de gravedad, y esto afecta favorablemente la estabilidad y la nitidez del control. Los aviones pequeños, los coches deportivos y los vehículos de motor han utilizado y siguen utilizando esta ventaja. 

historia

La historia del origen y difusión del motor Wankel le permitirá comprender mejor por qué fue el mejor motor en su día y por qué fue abandonado hoy.

Desarrollos tempranos

En 1951, la empresa alemana NSU Motorenwerke desarrolló dos motores: el primero, de Felix Wankel, con el nombre de DKM, y el segundo, el KKM de Hans Paschke (basado en el desarrollo de Wankel). 

La base del funcionamiento de la unidad Wankel fue la rotación separada del cuerpo y el rotor, por lo que las revoluciones de funcionamiento alcanzaron las 17000 por minuto. El inconveniente fue que el motor tuvo que ser desmontado para reemplazar las bujías. Pero el motor KKM tenía un cuerpo fijo y su diseño era mucho más simple que el prototipo principal.

Licencias emitidas

En 1960, NSU Motorenwerke firmó un acuerdo con la empresa de fabricación estadounidense Curtiss-Wright Corporation. El contrato era para que los ingenieros alemanes se centraran en el desarrollo de pequeños motores de pistón rotativo para vehículos ligeros, mientras que el estadounidense Curtis-Wright se dedicaba al desarrollo de motores de avión. El ingeniero mecánico alemán Max Bentele también fue contratado como diseñador. 

La gran mayoría de los fabricantes de automóviles mundiales, incluidos Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda y muchos otros. En 1959, la compañía estadounidense presentó una versión mejorada del motor Wankel, y un año más tarde el Rolls Royce británico mostró su motor diesel de pistón rotativo de dos etapas.

Mientras tanto, algunos fabricantes de automóviles europeos comenzaron a intentar equipar automóviles con motores nuevos, pero no todos encontraron su aplicación: GM se negó, Citroën estaba obsesionado con desarrollar un motor con contrapistones para aviones y Mercedes-Benz instaló un motor de pistón rotativo. en el modelo experimental C 111. 

En 1961, en la Unión Soviética, NAMI, junto con otros institutos de investigación, comenzó el desarrollo del motor Wankel. Se diseñaron muchas opciones, una de ellas encontró su aplicación en el automóvil VAZ-2105 para la KGB. Se desconoce el número exacto de motores ensamblados, pero no supera las varias docenas. 

Por cierto, años más tarde, solo la compañía automotriz Mazda realmente encontró un uso para un motor de pistón rotativo. Un ejemplo sorprendente de esto es el modelo RX-8.

Desarrollos de motocicletas

En Gran Bretaña, el fabricante de motocicletas Norton Motorcycles ha desarrollado el motor de pistón rotativo enfriado por aire Sachs para vehículos de motor. Puede obtener más información sobre el desarrollo leyendo sobre la motocicleta Hercules W-2000.

Suzuki no se hizo a un lado y también lanzó su propia motocicleta. Sin embargo, los ingenieros elaboraron cuidadosamente el diseño del motor, utilizaron una ferroaleación, lo que aumentó significativamente la confiabilidad y la vida útil de la unidad.

Desarrollos para coches

Habiendo firmado un contrato de investigación entre Mazda y NSU, las empresas comenzaron a competir por el campeonato en la producción del primer automóvil con una unidad Wankel. Como resultado, en 1964, NSU presentó su primer automóvil, el NSU Spider, en respuesta, Mazda presentó un prototipo de motores de 2 y 4 rotores. Después de 3 años, NSU Motorenwerke lanzó el modelo Ro 80, pero recibió muchas críticas negativas debido a numerosas fallas en el contexto de un diseño imperfecto. Este problema no se resolvió hasta 1972 y la empresa después de 7 años fue absorbida por Audi, y los motores Wankel ya habían ganado un mal nombre.

El fabricante japonés Mazda anunció que sus ingenieros resolvieron el problema de sellar la tapa (por estanqueidad entre las cámaras), comenzaron a usar los motores no solo en autos deportivos, sino también en vehículos comerciales. Por cierto, los propietarios de automóviles Mazda con motor rotativo notaron la alta respuesta del acelerador y la elasticidad del motor.

Posteriormente, Mazda abandonó la introducción masiva del motor avanzado, instalándolo solo en los modelos RX-7 y RX-8. Para el RX-8, se diseñó el motor Renesis, que se ha mejorado de muchas maneras, a saber:

• rejillas de ventilación desplazadas para mejorar la purga, lo que aumentó significativamente la potencia;
• agregó algunas piezas de cerámica para evitar la distorsión térmica;
• sistema electrónico de gestión del motor bien pensado;
• la presencia de dos bujías (principal y postcombustión);
• agregando una camisa de agua para eliminar los depósitos de carbón en la salida.

Como resultado, se obtuvo un motor compacto con un volumen de 1.3 litros y una potencia de unos 231 CV.

Ventajas

Las principales ventajas de un motor de pistón rotativo:

1. Su reducido peso y dimensiones, que inciden directamente en la base del diseño del vehículo. Este factor es importante al diseñar un automóvil deportivo con un centro de gravedad bajo.
2. Menos detalles. Esto no solo le permite reducir el costo de mantenimiento del motor, sino también reducir las pérdidas de energía por movimiento o rotación de partes relacionadas. Este factor influyó directamente en la alta eficiencia.
3. Con el mismo volumen que un motor de pistón clásico, la potencia de un motor de pistón rotativo es 2-3 veces mayor.
4. Suavidad y elasticidad de trabajo, ausencia de vibraciones tangibles debido a que no hay movimientos alternativos de las unidades principales.
5. El motor puede funcionar con gasolina de bajo octanaje.
6. El amplio rango de velocidades de operación permite el uso de una transmisión con marchas más cortas, lo que es extremadamente conveniente para las condiciones urbanas.
7. El “estante” de par se proporciona para ⅔ del ciclo, y no para un cuarto, como en el motor Otto.
8. El aceite del motor prácticamente no está contaminado, el intervalo de cambio es muchas veces más amplio. Aquí, el aceite no está sujeto a combustión, como en los motores de pistón, este proceso ocurre a través de los anillos.
9. No hay detonación.

Por cierto, se ha comprobado que incluso si este motor está al borde de un recurso, consume mucho aceite, funciona a baja compresión, su potencia disminuirá levemente. Fue esta ventaja la que me sobornó para la instalación de un motor de pistón rotativo en un avión.

Junto con ventajas impresionantes, también hay desventajas que impiden que el motor de pistón rotativo avanzado llegue a las masas.

 Limitaciones

1. El proceso de combustión no es lo suficientemente eficiente, por lo que aumenta el consumo de combustible y se deterioran los estándares de toxicidad. El problema se resuelve parcialmente con la presencia de una segunda bujía, que quema la mezcla de trabajo.
2. Alto consumo de aceite. La desventaja se debe al hecho de que los motores Wankel están excesivamente lubricados y, en ciertos lugares, a veces, el aceite puede quemarse. Hay un exceso de aceite en las zonas de combustión que provoca la acumulación de carbono. Intentaron solucionar este problema instalando tuberías de "calor" que mejoran la transferencia de calor e igualan la temperatura del aceite en todo el motor.
3. Dificultad para reparar. No todos los especialistas están preparados para asumir profesionalmente la reparación de un motor Wankel. Estructuralmente, la unidad no es más complicada que un motor clásico, pero hay muchos matices, cuyo incumplimiento conducirá a una falla temprana del motor. A esto le sumamos el alto costo de las reparaciones.
4. Bajo recurso. Para los propietarios de Mazda RX-8, un kilometraje de 80 km significa que es hora de hacer una revisión a fondo. Desafortunadamente, tal compacidad y alta eficiencia deben pagarse con reparaciones costosas y complejas cada 000-80 mil kilómetros.

Preguntas y respuestas

¿Cuál es la diferencia entre un motor rotativo y un motor de pistón? No hay pistones en un motor giratorio, lo que significa que los movimientos alternativos no se utilizan para girar el eje del motor de combustión interna; el rotor gira inmediatamente en él.

¿Qué es un motor rotativo en un automóvil? Esta es una unidad térmica (funciona debido a la combustión de una mezcla aire-combustible), solo que utiliza un rotor giratorio, sobre el cual se fija el eje, que va a la caja de cambios.

¿Por qué un motor rotativo es tan malo? La principal desventaja de un motor rotativo es un recurso de trabajo muy pequeño debido al rápido desgaste de los sellos entre las cámaras de combustión de la unidad (el ángulo de funcionamiento cambia constantemente y la temperatura desciende constantemente).